Компьютерный дизайн - Википедия - Computer-aided design

"CAD" и "CADD" перенаправляют сюда. Для использования в других целях см. CAD (значения) и CADD (значения).
Пример: 2D-чертеж САПР
Пример: 3D-модель САПР

Системы автоматизированного проектирования (CAD) - это использование компьютеры (или же рабочие станции), чтобы помочь в создании, модификации, анализе или оптимизации дизайн.[1] Программное обеспечение САПР используется для повышения продуктивности проектировщика, повышения качества проектирования, улучшения взаимодействия с помощью документации и для создания базы данных для производства.[2] Вывод САПР часто бывает в виде электронных файлов для печати, обработки или других производственных операций. Период, термин CADD (за Компьютерное проектирование и черчение) также используется.[3]

Его использование в разработке электронных систем известно как автоматизация проектирования электроники (EDA). В механический дизайн это называется автоматизацией механического проектирования (MDA) или же компьютерное черчение (CAD), который включает в себя процесс создания технический рисунок с использованием компьютерное программное обеспечение.[4]

Программное обеспечение САПР для механического проектирования использует либо векторную графику для изображения объектов традиционного черчения, либо может также производить растровая графика отображение общего вида проектируемых объектов. Однако здесь речь идет не только о формах. Как в мануале составление из технический и инженерные чертежи, выходные данные САПР должны передавать информацию, например материалы, процессы, размеры, и допуски, в соответствии с соглашениями для конкретных приложений.

CAD может использоваться для проектирования кривых и фигур в двумерный (2D) космос; или кривые, поверхности и твердые тела в трехмерный (3D) пространство.[5]

CAD является важным индустриальное искусство широко используется во многих приложениях, в том числе автомобильный, судостроение, и аэрокосмический промышленности, промышленности и архитектурный дизайн, протезирование и многое другое. CAD также широко используется для производства компьютерная анимация за спецэффекты в фильмах, Реклама и технические руководства, часто называемые DCC создание цифрового контента. Современное повсеместное распространение и мощность компьютеров означает, что даже флаконы для духов и дозаторы шампуня разрабатываются с использованием методов, о которых инженеры 60-х годов не слышали. Из-за своей огромной экономической важности САПР была основной движущей силой исследований в вычислительная геометрия, компьютерная графика (как аппаратное, так и программное обеспечение), и дискретная дифференциальная геометрия.[6]

Дизайн геометрические модели для формы объектов, в частности, иногда называют компьютерный геометрический дизайн (CAGD).[7]

История

Смотрите также: История программного обеспечения САПР

Обзор программного обеспечения САПР

Начиная примерно с середины 1960-х годов, с появлением IBM Drafting System, системы автоматизированного проектирования стали предоставлять больше возможностей, чем просто возможность воспроизводить черчение вручную с помощью электронного черчения, рентабельность перехода компаний на САПР стала очевидной. Преимущества систем САПР перед черчением вручную - это возможности, которые сегодня часто воспринимаются как должное у компьютерных систем; автоматизированное создание ведомости материалов, автоматический макет в интегральные схемы, проверка помех и многие другие. В конце концов, САПР предоставил проектировщику возможность выполнять инженерные расчеты. Во время этого перехода расчеты по-прежнему выполнялись либо вручную, либо теми людьми, которые могли запускать компьютерные программы. CAD был революционным изменением в машиностроительной отрасли, где чертежники, дизайнеры и инженеры начали сливаться. Он не уничтожил отделы, а объединил отделы и предоставил полномочия чертежникам, дизайнерам и инженерам. САПР - это пример того, как компьютеры начали оказывать повсеместное влияние на промышленность. В настоящее время пакеты программного обеспечения для автоматизированного проектирования варьируются от 2D вектор -системы черчения в 3D твердый и поверхность моделисты. Современные пакеты САПР также часто позволяют вращение в трех измерениях, что позволяет рассматривать проектируемый объект под любым желаемым углом, даже если смотреть изнутри наружу. Некоторое программное обеспечение САПР поддерживает динамическое математическое моделирование.

Технология САПР используется при проектировании инструментов и оборудования, а также при проектировании и проектировании всех типов зданий, от небольших жилых домов (домов) до крупнейших коммерческих и промышленных сооружений (больниц и заводов).[8]

САПР в основном используется для детального проектирования 3D-моделей или 2D-чертежей физических компонентов, но он также используется на протяжении всего процесса проектирования, от концептуального проектирования и компоновки продуктов, через прочностный и динамический анализ сборок до определения методов производства компонентов. Его также можно использовать для проектирования таких объектов, как ювелирные изделия, мебель, бытовая техника и т. Д. Кроме того, многие приложения САПР теперь предлагают расширенные возможности визуализации и анимации, чтобы инженеры могли лучше визуализировать дизайн своих продуктов. 4D BIM представляет собой тип виртуального моделирования строительства, включающий информацию о времени или графике для управления проектом.

САПР стал особенно важной технологией в сфере компьютерные технологии, с такими преимуществами, как более низкие затраты на разработку продукта и значительно сокращенный цикл проектирования. САПР позволяет дизайнерам макетировать и разрабатывать работу на экране, распечатывать и сохранять для будущего редактирования, экономя время на своих чертежах.

Использует

Компьютерное проектирование - это один из многих инструментов, используемых инженерами и дизайнерами, и используется по-разному в зависимости от профессии пользователя и типа программного обеспечения, о котором идет речь.

CAD является частью всей деятельности по разработке цифровых продуктов (DPD) в рамках управление жизненным циклом продукта (PLM) и как таковые используется вместе с другими инструментами, которые представляют собой либо интегрированные модули, либо автономные продукты, такие как:

САПР также используется для точного создания фото-симуляций, которые часто требуются при подготовке отчетов о воздействии на окружающую среду, в которых автоматизированные проекты предполагаемых зданий накладываются на фотографии существующей среды, чтобы представить, каким будет этот регион, где предлагаемые объекты разрешены к строительству. Возможное перекрытие обзорных коридоров и теневые исследования также часто анализируются с помощью CAD.[9]

САПР оказался полезным и для инженеров. Используя четыре свойства: история, особенности, параметризация, и ограничения высокого уровня. Историю строительства можно использовать для анализа личных характеристик модели и работы над отдельной областью, а не над всей моделью. Параметры и ограничения могут использоваться для определения размера, формы и других свойств различных элементов моделирования. Функции системы CAD могут использоваться для различных инструментов для измерения, таких как предел прочности на разрыв, предел текучести, электрические или электромагнитные свойства. Также его стресс, напряжение, время, или как элемент подвергается воздействию при определенных температурах и т. д.

Типы

Простая процедура
Смотрите также: Сравнение редакторов компьютерного дизайна

Есть несколько различных типов САПР,[10] Каждый из них требует от оператора по-разному думать о том, как их использовать, и разрабатывать свои виртуальные компоненты для каждого из них.

Есть много производителей низкопроизводительных 2D-систем, включая ряд бесплатных программ с открытым исходным кодом. Они обеспечивают подход к процессу рисования без всякой суеты, связанной с масштабированием и размещением на чертежном листе, которые сопровождали рисование вручную, поскольку их можно отрегулировать по мере необходимости во время создания окончательного проекта.

3D каркас по сути является расширением 2D-черчения (сегодня не часто). Каждую линию нужно вручную вставить в чертеж. Конечный продукт не имеет связанных с ним массовых свойств и не может иметь элементы, непосредственно добавленные к нему, например отверстия. Оператор подходит к ним аналогично 2D-системам, хотя многие 3D-системы позволяют использовать каркасную модель для создания окончательных видов инженерного чертежа.

Трехмерные "немые" тела создаются способом, аналогичным манипуляциям с объектами реального мира (сегодня это не так часто). Основные трехмерные геометрические формы (призмы, цилиндры, сферы и т. Д.) Имеют твердые объемы, добавленные или вычитаемые из них, как если бы они собирали или сокращали реальные объекты. Двумерные проекционные виды можно легко создать из моделей. Базовые 3D-тела обычно не включают в себя инструменты, позволяющие легко разрешить движение компонентов, установить ограничения на их движение или определить пересечение компонентов.

Есть два типа 3D твердотельное моделирование

  • Параметрическое моделирование позволяет оператору использовать то, что называется «замыслом проекта». Создаваемые объекты и функции можно изменять. Любые будущие модификации можно внести, изменив способ создания исходной детали. Если элемент должен был располагаться из центра детали, оператор должен располагать его из центра модели. Элемент может быть расположен с использованием любого геометрического объекта, уже доступного в детали, но такое случайное размещение нарушит замысел проекта. Если оператор проектирует деталь так, как она функционирует, разработчик параметрического моделирования может вносить изменения в деталь, сохраняя геометрические и функциональные связи.
  • Прямое или явное моделирование предоставить возможность редактировать геометрию без дерева истории. При прямом моделировании, как только эскиз используется для создания геометрии, эскиз включается в новую геометрию, и дизайнер просто изменяет геометрию, не нуждаясь в исходном эскизе. Как и в случае с параметрическим моделированием, прямое моделирование имеет возможность включать отношения между выбранной геометрией (например, касательность, концентричность).

Топовые системы предлагают возможности для включения в дизайн более органических, эстетических и эргономических функций. Моделирование поверхностей произвольной формы часто сочетается с твердыми телами, чтобы позволить дизайнеру создавать продукты, которые соответствуют человеческой форме и визуальным требованиям, а также взаимодействуют с машиной.

Технологии

САПР-модель компьютерная мышь

Первоначально программное обеспечение для САПР разрабатывалось с использованием компьютерных языков, таких как Фортран, АЛГОЛ но с развитием объектно-ориентированного программирования методы это радикально изменилось. Типичный современный разработчик параметрических моделей и поверхность произвольной формы системы построены на нескольких ключевых C модули с собственными API. Систему CAD можно рассматривать как построенную на взаимодействии графический интерфейс пользователя (GUI) с NURBS геометрия или граничное представление (B-rep) данные через ядро геометрического моделирования. Механизм геометрических ограничений также может использоваться для управления ассоциативными отношениями между геометрией, например геометрией каркаса в эскизе или компонентами в сборке.

Неожиданные возможности этих ассоциативных отношений привели к новой форме прототипирование называется цифровое прототипирование. В отличие от физических прототипов, которые требуют времени на изготовление конструкции. Тем не менее, модели САПР могут быть созданы на компьютере после сканирования физического прототипа с помощью промышленное компьютерное сканирование машина. В зависимости от характера бизнеса цифровые или физические прототипы могут быть изначально выбраны в соответствии с конкретными потребностями.

Сегодня САПР существуют для всех основных платформ (Windows, Linux, UNIX и Mac OS X ); некоторые пакеты поддерживают несколько платформ.[11]

В настоящее время для большинства программ САПР не требуется специального оборудования. Однако некоторые системы САПР могут выполнять задачи, требующие большого объема графических и вычислительных ресурсов, поэтому современные видеокарта, высокая скорость (и, возможно, несколько) Процессоры и большое количество баран может быть рекомендован.

Человеко-машинный интерфейс обычно осуществляется через компьютерная мышь но также можно с помощью пера и оцифровки графический планшет. Манипуляция видом модели на экране также иногда выполняется с помощью Космическая мышь / SpaceBall. Некоторые системы также поддерживают стереоскопические очки для просмотр 3D модели. Технологии, которые в прошлом были ограничены более крупными установками или специализированными приложениями, стали доступны широкому кругу пользователей. К ним относятся ПЕЩЕРА или же HMD и интерактивный устройства как движение технологии

Программного обеспечения

Программное обеспечение САПР позволяет инженерам и архитекторам разрабатывать, проверять и управлять инженерными проектами в рамках интегрированного графический интерфейс пользователя (GUI) на персональный компьютер система. Поддержка большинства приложений твердотельное моделирование с граничное представление (B-Rep) и NURBS геометрии и позволяют публиковать ее в различных форматах. А ядро геометрического моделирования - это программный компонент, который предоставляет приложениям САПР функции твердотельного и поверхностного моделирования.

На основании рыночной статистики, коммерческое программное обеспечение от Autodesk, Dassault Systems, Siemens PLM Software и PTC доминируют в индустрии САПР.[12][13] Ниже приводится список основных приложений САПР, сгруппированных по статистике использования.[14]

Коммерческий

Бесплатное ПО с открытым исходным кодом

Ядра САПР

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Нараян, К. Лалит (2008). Компьютерное проектирование и производство. Нью-Дели: Прентис Холл Индии. п. 3. ISBN  978-8120333420.
  2. ^ Нараян, К. Лалит (2008). Компьютерное проектирование и производство. Нью-Дели: Прентис Холл Индии. п. 4. ISBN  978-8120333420.
  3. ^ Дуггал, Виджай (2000). Cadd Primer: Общее руководство по автоматизированному проектированию и черчению - Cadd, CAD. Mailmax Pub. ISBN  978-0962916595.
  4. ^ Мэдсен, Дэвид А. (2012). Инженерное рисование и дизайн. Клифтон-Парк, штат Нью-Йорк: Делмар. п. 10. ISBN  978-1111309572.
  5. ^ Фарин, Джеральд; Хошек, Йозеф; Ким, Мён-Су (2002). Справочник по компьютерному геометрическому дизайну [Электронный ресурс]. Эльзевир. ISBN  978-0-444-51104-1.
  6. ^ Pottmann, H .; Брелл-Коккан, С. и Валлнер, Дж. (2007) «Дискретные поверхности для архитектурного дизайна» В архиве 2009-08-12 в Wayback Machine, стр. 213–234 в Кривая и дизайн поверхностей, Патрик Ченин, Том Лич и Ларри Л. Шумакер (ред.), Nashboro Press, ISBN  978-0-9728482-7-5.
  7. ^ Фарин, Джеральд (2002) Кривые и поверхности для CAGD: Практическое руководство, Морган-Кауфманн, ISBN  1-55860-737-4.
  8. ^ Дженнифер Херрон (2010). «Дизайн на основе 3D-моделей: четкое определение определений». MCADCafe.
  9. ^ «Автоматизированное проектирование (CAD) и автоматизированное производство (CAM)». Inc.com. Получено 2020-04-30.
  10. ^ «Параметрическое твердотельное моделирование на основе трехмерных элементов». инженерыhandbook.com. Архивировано из оригинал на 2012-11-18. Получено 2012-03-01.
  11. ^ «Что такое рабочая станция САПР? Определение, использование и многое другое». Обзоры компьютерных технологий. 2019-11-21. Получено 2020-04-30.
  12. ^ Большая шестерка в индустрии программного обеспечения CAD / CAE / PLM (2011 г.), CAEWatch, 12 сентября 2011 г.
  13. ^ ван Кутен, Мишель (23.08.2011). «МИРОВОЙ ТОП 100 ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ - ИЗДАНИЕ 2011». Программное обеспечение Top 100.
  14. ^ Список программного обеспечения механического САПР, BeyondMech

внешняя ссылка